无人机用锂离子蓄电池组性能测试与分析.pdf

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1、第31卷2014年第6期上海航天AERoSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2014)06—0067-06无人机用锂离子蓄电池组性能测试与分析谢朝香，任杰伟，杨凯伦，王可(上海空间电源研究所，上海200245)摘要：对高空无人机用钴酸锂体系高比能量锂离子蓄电池的性能进行了测试。％出了电极材料性能、单体性能和2并5串蓄电池组的性能测试结果。试验结果表明：单体电池有较好的高低温性能、倍率性能和安全性能，蓄电池组的放电性能满足无人机动力系统使用的要求。关键词：无人机；锂离子蓄电池；钴酸锂；低温性能；安全性能中图分类号：TM912．9文献标志码：AResea

2、rchonHighEnergyDensityLi—IonBatteryPackforUnmannedAeriaIVehicleXIEChao—xiang，RENJie—wei，YANGKai—lun，WANGKe(ShanghaiInstituteofSpacePowerSources，Shanghai，200245，China)Abstract：TheperformancesofhighenergyLi—ionbatterypackforunmannedaerialvehicleweretestedinthispaper．Thetestresultsofpolemat

3、erial，batteryandbatterypackweregivenout。Theresultsshowedthatthebatterieshadgoodtemperatureperformance，ratecapabilityandsafety．ThedischargeperformanceofthebatterypackcouldmeettherequirementsofUAVpowersystem．Keywords：Unmannedaerialvehicle；Lithium—ionbattery；LiC002；Lowtemperatureperformance

4、；Safety0引言目前中大型无人机广泛采用动力装置有往复式和旋转式活塞发动机，以及涡喷、涡扇、涡桨和涡轴燃气涡轮发动机[1]。小型和微型无人机主要用于战场侦察和特种作战，常使用蓄电池驱动心]。在对重量限制要求较高的无人机上，锂离子蓄电池作为目前商用蓄电池中比能量最高的储能电源，有望逐渐占据主导地位。无人机在数千米的高度飞行，蓄电池工作环境温度较低，要求蓄电池须有良好的低温性能，同时为减轻整机重量以增加续航时间，需要蓄电池有较高的比能量。另外，无人机在起飞、爬升和抗强风飞行等时又需要蓄电池有一定的大功率输出能力，还要求同时蓄电池有高安全性。影响上述重要性能指标的因素有蓄

5、电池的正负极材料体系、电解液体系、电池设计和生产过程质量控制等。目前，收稿日期：2012—07—11；修回日期：2013—05—13作者简介：谢朝香(1987一)，女，工程师，主要从事锂离子蓄电池研发。商用锂离子蓄电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍基三元材料、磷酸铁锂等，其中钴酸锂材料的优点是有较高的克容量、高振实密度、良好的低温特性和倍率放电能力，以及高循环稳定性等，缺点是材料的热稳定性相对较差口。4]。钻酸锂体系的锂离子蓄电池是小型和微型无人机较可行的储能电源方案。某无人机的飞行环境温度较宽。对蓄电池组性能的要求有电池组的标称电压18．5V，容量大于15A·h(1

6、C倍率)；电池组质量不大于1．5kg；在温度一30℃条件下电池组的满足2C放电3min后1C持续放电时间大于48min；单体电池满足温度45℃下正常放电，电池组满足60℃高温下正常放电；单体电池在过充和短路的安全试验中不起火或冒烟。对此，研制了一种有较高的质量比能量、良好的耐低温和高温性能，较高的循环稳定性和安全性等性能的铝塑软包装锂离子蓄电池单体及蓄电池组，本文对单体电池和蓄电池组的性能进行了测试和分析。上海航天AEROSPACESHANGHAI第31卷2014年第6期1实验1．1电池材料性能1．1．1电极制备正极极片采用PVDF／NMP粘结剂体系制备：LiCoO：、

7、导电剂SP、KS6和PVDF(质量分数11％)按质量比85：3：5：7进行混合，加入适量NMP(根据料膏的黏稠程度调节NMP加入量)进行机械搅拌；搅拌均匀后将料膏均匀涂布在擦拭干净的铜箔上，转入真空干燥箱中，在温度i00℃下干燥约12h，以除去溶剂NMP；在辊压机上压实极片，将铜箔冲制成直径14mm的电极片，再次转移到真空干燥箱中，在温度60℃下烘10h，冷切后迅速放人充满氩气的手套箱中备用。负极极片采用SBR+CMC／H：O粘结剂体系制备：将石墨、导电材料乙炔黑(AB)、CMC和SBR按质量比8：1：0．6：0．4进行混合，加入一定量的